基于重力信息的航迹规划方法研究

发布时间：2017-09-20 13:46

  本文关键词：基于重力信息的航迹规划方法研究

  更多相关文章： 重力辅助惯导 适配区选取 A*算法 航迹规划

【摘要】：惯性导航系统是水下航行器导航定位的主要导航系统,但惯性导航系统存在误差随时间积累的缺点,在长时间工作后难以保证导航系统的定位精度,因此需要其他导航方式对惯性导航系统进行辅助。重力场信息以其性质稳定、获取途径无源自主等特点,能够应用于水下潜器的辅助导航系统。重力辅助惯性导航的其中一个关键技术是航迹规划,为了使重力导航能够为惯性导航提供精确的校正信息,重力辅助惯性导航系统中的航迹规划问题亟待解决。本课题主要针对重力辅助惯性导航航迹规划问题,分析如何在已知起始位置和终点位置的情况下选取最优航迹,以提高匹配定位精度。由于匹配定位效果与运载体所处区域的重力场参量变化特征密切相关,因此有必要对航行区域事先做出重力匹配的适配性评估。首先进行适配区的选取,本文在传统适配区的选取方法上加入了适配区方向性的衡量参数-等方性系数,通过层次分析法将传统参数与等方性系数结合构建综合特征参数,从而完成适配区的选取;在得到整个区域的适配区后,进行航迹规划,本文对经典A*算法做了如下改进:估价函数中加入了重力特征参数以及对权重系数和搜索步长进行动态设定,使得A*算法更适合进行重力辅助惯性导航航迹规划。本课题主要开展以下工作:1)分析了三种传统的适配区选取方法:阈值法,SPSS回归分析法,层次分析法。通过对比分析、仿真验证,针对传统方法中没有考虑到适配区方向性的问题,引入了分形理论中的等方性系数来衡量适配区对方向的敏感性。2)对衡量重力场的特征参数进行了分析,选取重力场变异系数、峰态系数、偏态系数和等方性系数,通过层次分析法将四个参数进行组合,构建综合特征参数,通过综合特征参数的阈值来进行适配区的选取,提高了适配区选取的准确度。3)分析了A*算法的原理及应用,结合重力场适配区,将综合特征参数引入A*算法中的估计函数,使得A*算法的评价指标不仅包含距离,并且包含重力特征。通过仿真验证说明改进A*算法得到的全局航迹规划路线可以得到较好的匹配效果,及时对惯导进行校正。
【关键词】：重力辅助惯导 适配区选取 A*算法 航迹规划
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U666.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10-15
• 1.1.1 惯性导航系统10
• 1.1.2 辅助惯性导航系统方法10-12
• 1.1.3 重力辅助惯性导航系统12
• 1.1.4 重力匹配算法12-13
• 1.1.5 重力辅助惯性导航航迹规划方法13-15
• 1.2 国内外研究现状分析15-16
• 1.2.1 国外相关研究15
• 1.2.2 国内相关研究15-16
• 1.3 本文主要工作16-18
• 第二章 分形理论及其在重力场中的应用18-25
• 2.1 分形理论18-20
• 2.1.1 分形理论18-19
• 2.1.2 分形应用19-20
• 2.2 分形维数计算方法及其应用特点分析20-21
• 2.2.1 变差法20
• 2.2.2 功率谱密度法20
• 2.2.3 结构函数法20-21
• 2.2.4 均方根法21
• 2.3 基于分形理论的重力场适配区分析方法21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 重力场适配区选择准则25-41
• 3.1 重力场特征参数25-30
• 3.1.1 重力异常标准差25-26
• 3.1.2 重力异常经纬度粗糙度26-27
• 3.1.3 重力异常经纬度相关系数27
• 3.1.4 重力异常坡度27-28
• 3.1.5 重力异常变异系数28
• 3.1.6 重力异偏态系数28-30
• 3.1.7 重力异峰态系数30
• 3.2 传统适配区选取准则30-34
• 3.2.1 阈值法30-31
• 3.2.2 SPSS回归分析法31-33
• 3.2.3 层次分析法33-34
• 3.3 基于综合特征参数的重力场适配区选取准则34-40
• 3.3.1 综合特征参数算法34-36
• 3.3.2 基于综合特征参数的重力场适配区选取仿真36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 基于重力场适配区的航迹规划方法研究41-48
• 4.1 重力场背景图中的适配区边界提取方法41-42
• 4.1.1 凸壳算法41
• 4.1.2 判断点与有向线段相对位置的算法41-42
• 4.2 基于综合特征参数的重力场航迹规划方法42-47
• 4.2.1 A*算法43-44
• 4.2.2 改进A*算法44-45
• 4.2.3 A*算法和改进A*算法仿真对比45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 算法仿真实验及结果分析48-54
• 5.1 基于重力/惯导组合导航系统的半实物仿真平台48-50
• 5.2 航迹规划仿真实验分析50-53
• 5.3 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-61
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单61-62
• 致谢62

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本文编号：888445